直流電動(dòng)機工作原理與控制方法

　　由于直流無(wú)刷電動(dòng)機既具有交流電動(dòng)機的結構簡(jiǎn)單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機的運行效率高、無(wú)勵磁損耗以及調速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，故在當今國民經(jīng)濟各領(lǐng)域應用日益普及。

　　一個(gè)多世紀以來(lái)，電動(dòng)機作為機電能量轉換裝置，其應用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個(gè)領(lǐng)域以及人們的日常生活中。其主要類(lèi)型有同步電動(dòng)機、異步電動(dòng)機和直流電動(dòng)機三種。由于傳統的直流電動(dòng)機均采用電刷以機械方法進(jìn)行換向，因而存在相對的機械摩擦，由此帶來(lái)了噪聲、火化、無(wú)線(xiàn)電干擾以及壽命短等弱點(diǎn)，再加上制造成本高及維修困難等缺點(diǎn)，從而大大限制了它的應用范圍，致使目前工農業(yè)生產(chǎn)上大多數均采用三相異步電動(dòng)機。

　　針對上述傳統直流電動(dòng)機的弊病，早在上世紀30年代就有人開(kāi)始研制以電子換向代替電刷機械換向的直流無(wú)刷電動(dòng)機。經(jīng)過(guò)了幾十年的努力，直至上世紀60年代初終于實(shí)現了這一愿望。上世紀70年代以來(lái)，隨著(zhù)電力電子工業(yè)的飛速發(fā)展，許多高性能半導體功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相繼出現，以及高性能永磁材料的問(wèn)世，均為直流無(wú)刷電動(dòng)機的廣泛應用奠定了堅實(shí)的基礎。

三相直流無(wú)刷電動(dòng)機的基本組成

　　直流無(wú)刷永磁電動(dòng)機主要由電動(dòng)機本體、位置傳感器和電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路三部分組成。其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等），轉子由永久磁鋼按一定極對數（2p=2,4,…）組成。

　　三相定子繞組分別與電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路中相應的功率開(kāi)關(guān)器件聯(lián)結，A、B、C相繞組分別與功率開(kāi)關(guān)管V1、V2、V3相接。位置傳感器的跟蹤轉子與電動(dòng)機轉軸相聯(lián)結。

　　當定子繞組的某一相通電時(shí)，該電流與轉子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉矩，驅動(dòng)轉子旋轉，再由位置傳感器將轉子磁鋼位置變換成電信號，去控制電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路，從而使定子各項繞組按一定次序導通，定子相電流隨轉子位置的變化而按一定的次序換相。由于電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路的導通次序是與轉子轉角同步的，因而起到了機械換向器的換向作用。

　　接近開(kāi)關(guān)式位置傳感器主要由諧振電路及扇形金屬轉子兩部分組成，當扇形金屬轉子接近震 蕩回路電感L時(shí)，使該電路的Q值下降，導致電路正反饋不足而停振，故輸出為零。扇形金屬轉子離開(kāi)電感元件L時(shí)，電路的Q值開(kāi)始上升，電路又重新起振，輸出高頻調制信號，經(jīng)二極管檢波后，取出有用控制信號，去控制邏輯開(kāi)關(guān)電路，以保證電動(dòng)機正確換向。

　　光電式位置傳感器前面已經(jīng)講過(guò)，是利用光電效應制成的，由跟隨電動(dòng)機轉子一起旋轉的遮光板和固定不動(dòng)的光源及光電管等部件組成。

　　磁敏式位置傳感器是指它的某些電參數按一定規律隨周?chē)艌?chǎng)變化的半導體敏感元件。其基本原理為霍爾效應和磁阻效應。常見(jiàn)的磁敏傳感器有霍爾元件或霍爾集成電路、磁敏電阻器及磁敏二極管等多種。